А П Врагов - Сравнительный анализ энергетических затрат в процессах высаливающей и испарительной кристаллизации - страница 1

Страницы:
1  2 

Используя вышеприведенную методику, можно судить о размере выработки энергии конкретной ветроустановки для определенных ветровых условий в течении заданного периода времени.

 

SUMMARY

Рисунок I

area is presented. The dependence for defining the installation in different wind conditions is offered.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.  Васько ІЇ.Ф.     Электромеханическая система

The method of obtaining the value of annual energy produced by wind installation taking into account the most energy-contained range of wind speed. The calculation is based on the Reley distribution. The example of calculation of energy produced by the 3-kWt wind installation for the conditions in Sumy quantity    of energy produced by a wind

 

 

 

мощной     ветроустановки     / Третья
международная        научно-практическая        конференция     по возобновляемым

электромеханическим и электрическим системам. - Алушта, Крым, 19-21 сентября, 1997.

2.  Дж. Твайделл, А. Уэйр.   Возобновляемые источники энергии. - Москва: Энергоатомиздат,

1990. - 391с.

3.  Коваленко В.М. Возможность и эффективность использования энергии ветра в условиях Сумской области // Энергетика и электрификация, 1999. - № 1. - С. 45-49.

Поступила в редколлегию 15 января 1999 г.

УДК 66.065.58

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗАТРАТ В ПРОЦЕССАХ ВЫСАЛИВАЮЩЕЙ И ИСПАРИТЕЛЬНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

 

А.П.Врагов, проф.; А.В.Гайковой, ася.

Ряд преимуществ, таких, как высокая степень извлечения растворенного вещества, возможность управлять процессом посредством изменения пересыщения и получать вещества высокой химической чистоты, обусловил применение высаливающей кристаллизации (ВК) в химической, химико-фармацевтической и других отраслях промышленности [1,2]. Основные рекомендации по выбору растворителя в качестве высаливающего агента приведены в литературе [1,3]. Наиболее широкое использование для ВК получили метиловый, этиловый и изопропиловый спирты, а также ацетон [1-4]. В то же время из-за высокой стоимости органических растворителей, необходимости их регенерации, связанной с энергетическими затратами и

--., :т: _::": потерей высаливателя, ВК не получила широкого распространения
способ массовой кристаллизации минеральных солей.
Нт:э«иря на то, что органический высаливатель гораздо дороже, чем
і  - —     ь:е  неорганические продукты, в литературе имеются сведения об
•ческой  эффективности применения ВК.  В работе [1] приведены
об эффективности получения несодержащих железа квасцов из
растворов  необогащенных  квасцов  путем  применения этилового
г;
з качестве высаливателя. Известен также метод получения сульфата
из    мирабилита    с    использованием    жидкого органического
ітеля, который регенерируют в дистилляционной колоне, при этом
- _:     ."  . •- .   что  стоимость  производства   сульфата   калия высаливанием
ниже, чем способом испарительной кристаллизации (ЙК) [5|.
.-„-__.::;; литературных данных показал, что вопрос об эффективности ВК
В
--- .               энергетических   затрат   по   получению   неорганических солей

. :   высаливания и выпаривания изучен яедостнточно,
\     ~" )й работе рассчитаны и проанализированы энергетические затраты
: ~        проведение кристаллизации нитрата калия методами ИК И ВК, а

г^ее  оценено   влияние   технологических   параметров   процесса   ВК на •  -    • - :кие затраты.

ПРОЦЕСС ВК НИТРАТА КАЛИЯ опенки ЭЗ в процессе ВК в качестве модельной взята система нитрат - этиловый спирт - вода, данные по растворимости KNO3 даны в [7] и азлены на тройной диаграмме в прямоугольной системе координат в изотерм (рис. 1).

Для          целей математического

t, °С

■25 50 75

моделирования и использования ЭВМ в расчетах процесса ВК данные по растворимости нитрата калия в водно-этанольном растворе обобщены системой уравнений:

х = К + А.у + В.у2 + Су3 + D.y4, (1)

(3) (4) (5)

А = а3 + Щ.І + а2Л2 , (2)

в = ь3 + м + Н*2,

С = с3 + cL.t + c2.t2, D = d3 + di-t + d2-t2де   х,   у   -   содержание   в растворе
растворенного вещества и высаливателя
соответственно,     доли    масс.; К
растворимость соли в водном растворе,
масс;
t - температура, ° С; А, В, С, D, а{, 0,2, а3, bj, b2, b3, clt сг, c3, dlt
- коэффициенты регрессий.
Bfi основании совместного решения уравнений (1) - (5), описывающих
: _ ть: -"::::ость соли в трехкомгганенткой системе, уравнений материального и
- : :: _      балансов  разработана   математическая  модель,
ожжоШ&вжщоя
•                   макропараметров процесса ВК:. По разработанной программе на

;" v ;г~'£деляется выход кристаллического продукта, расход высаливателя и Lt~ :-^.z -o  оаствора,  состав  и температура  маточника  в  зависимости от

5l:,l-< С-ґу.1У». №15, 2000


39расхода питательного раствора, его концентрации и температуры, состава и температуры высаливателя.

Рассчитанные параметры являются исходным для оценки ЭЗ на проведение процессов ИК, БК и ректификации этилового спирта из маточных растворов.

В качестве испарительного кристаллизатора, энергетические затраты которого сравнивались с энергетическими затратами процесса ВК, принят кристаллизатор со взвешенным слоем типа «Кристалл». Этот тип кристаллизатора нашел широкое применение в промышленности [2,6]. Основные закономерности и порядок расчета материальных и тепловых потоков испарительной кристаллизационной установки приведен в литературе [6]. Для регенерации органического растворителя с целью его возврата на стадию ВК выбрана ректификационная колонна непрерывного действия с колпачковыми тарелками.

С помощью составленной программы расчета на ЭВМ определяются: а) для процесса ИК - расход соковых паров, выход маточного раствора и количество теплоты, . необходимое для проведения процесса в зависимости от производительности кристаллизатора, концентрации и температуры питательного раствора; б) для процесса ректификации - расходы дистиллята и кубового остатка, расход теплоты в подогревателе исходной смеси и кубе-испарителе в зависимости от расхода и состава исходной смеси, составов дистиллята и кубового остатка.

Для расчетов приняты начальные условия и допущения: а) состав и температура питательного раствора, а также производительность ИК и ВК принимаются одинаковыми; б) процессы испарительной кристаллизации и ректификации проводятся под атмосферным давлением и без учета тепловых потерь, поскольку они соизмеримы; в) концентрация спирта в дистилляте и высаливателе принимается одинаковой; г) концентрация спирта в кубовом остатке принимается равной 3 % масс.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ

С целью установления степени влияния технологических параметров процесса и поиска оптимального варианта его проведения, при котором кристаллизация нитрата калия методом ВК по сравнению с испарительной энергетически более выгодна, проведены три серии расчетов по определению энергетической эффективности процесса ВК.

Энергетическая эффективность определялась по уравнению

Э = (Qv - Qr)- 100/Qv , (6)

где Qv и Qr - тепловой поток на проведение испарительной кристаллизации и регенерации растворителя соответственно, кВт.

Расход теплоты на проведение ИК определяется по зависимости

Qv ~       ('-кр^кр ' сир^ир ' ^Як)     "е1г(Шсп ' сир^и.р) "t" ^мр(смр^мр ' сир^ир)> ("О

где GK, WC!l, GMp - выход кристаллов, расход соковых паров и маточного раствора соответственно, кг/с; скр, сир, смр - теплоемкости кристаллов, питательного и маточного растворов соответственно, кДж/(кг-К); Нсп -энтальпия сокового пара, кДж/кг; AqK - теплота кристаллизации, кДж/кг; £кр> tUp, tMpтемпература кристаллов, питательного и маточного растворов соответственно) °С.

Тепловой поток, затрачиваемый на стадии ректификации на регенерацию растворителя из маточного раствора, полученного в результате ВК, равен

Qr - <?z>/Y^ + Юга + cDtD] + Gw сж tw - <?F cp ^a4j (8)

£&  l^r.  GF - расход дистиллята,  кубового остатка и питательного зэо?£ соответственно,  кг/с; R - оптимальное флегмовое число; rD -бєвя теплота конденсации высаливателя, кДж/кг; cw, cF - теплоемкость -_ .:: :с:атка и питательного раствора, соответственно, кДжДкг-К); tp, Ьщ, reamература дистиллята, кубового остатка и начальная питательного

■ —-- -.:. ;: ответственно, °С.

ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ СПИРТА В ВЫСАЛИВАТЕЛЕ НА

ЭНЕРГОЗАТРАТЫ .       гыми  данными  в  этих   расчетах  являлись:   расход питательного ур&   (0,5   кг/с)   и   температура   высаливателя   (25°С),   которые не їсь во всех трех сериях расчетов; температура питательного раствора GS^Ck концентрация спирта в маточном растворе (20 % масс). Значения э=—г==гн ЭЗ. необходимых для проведения процессов ИК и ректификации, гдгз^дгнь: з таблице 1.

графически      представленной       зависимости энергетической ости   от   концентрации   спирта   в   высаливателе   (см.   рис 2)

явлено,  что  существует  экстремум,  соответствующий максимальной
• гггггческой эффективности процесса ВК, которая составляет 24,5 % при
EZi-зтралии спирта в высаливателе 85 % масс. Это можно объяснить тем,
т.:
    і  олной стороны, увеличение концентрации спирта в высаливателе
--            .      увеличению выхода кристаллического продукта и уменьшению

р регенерируемого маточного раствора, а с другой, - к повышению ■^гггческих   затрат   процесса   ректификации   вследствие увеличения ъного флегмового числа при увеличении концентрации легколетучего снента в дистилляте.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПИТАТЕЛЬНОГО РАСТВОРА 1   генных расчетах определены энергетические затраты на проведение з     испарительной     кристаллизации     и     ректификации при -. і:--; здии спирта в высаливателе 85 % масс. (см. табл. 2), концентрации :- маточном растворе 20 % маек;, в диапазоне температур питательного ptjrr=-z-3. 20 - 60 °С.

ї.ззітснмость    энергетической    эффективности    ВК    от температуры
зйвягельного    раствора    представлена    на    рис.З.    Сложный характер
    г; •:    может   быть   объяснен    тем,    что    изменение температуры
дзггздгдзыого раствора влияет на материальные и тепловые потоки процессов
аспарительной кристаллизации и ректификации. Так, с увеличением
:.,            уры  питательного  раствора  уменьшаются  энергетические затраты

czz г затаривании и ректификации на подогрев потоков до температуры =-•-*  фазового  перехода.  С  другой  стороны,   увеличение температуры ■■■шгеїьвого раствора приводит к увеличению равновесной концентрации г-z і :т-_"изуемой соли в маточном растворе как для процесса ВК, так и для :т _ нгельной   кристаллизации   и,   следовательно,   к   снижению выхода жаялов.

І- ШЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ СПИРТА В МАТОЧНОМ РАСТВОРЕ

гчитанные    энергетические    затраты    на    проведение процессов тигельной    кристаллизации    и    ректификации    в    зависимости от Есн~ентрации спирта в маточном растворе представлены в таблице 3.

15         ,          1        ,

70       80        90 100

Xb, % масс.

Рисунок 2 - Зависимость энергетической эффективности (Э) от концентрации спирта в высаливателе (ХЬ)

22 і    і    і    і    і    і    і і О 10 20 ЗО 40 50 60 70

 

t, °С

Рисунок З - Зависимость энергетической эффективности (Э) от температуры питательного раствора (t)


Хвм, % масс.

 

 

Рисунок 4 - Зависимость энергетической эффективности (Э) от концентрации спирта в маточном растворе (Хвм)

Расчет  ВК  проведен для  температуры  питательного раствора  40°С и

гентоадии спирта в высаливателе 85 % масс. Понижение энергетической эффективности от концентрации спирта в чном растворе (рис. 4) объясняется тем, что с повышением концентрации егнрта, несмотря на увеличение степени извлечения и выхода кристаллов, эозойстаю-т как расход маточного раствора, так и расход дистиллята, при зозрастают и энергетические затраты. Из проведенных исследований можно заключить, что эффективность ВК в ГтЛьной мере определяется физико-химическими свойствами как земого кристаллического продукта, так и применяемого органического ователя, а также зависит от технологических параметров процесса, ізадия которых представляет собой сложную задачу. С точки зрения гнческой эффективности получения неорганических солей методом шия целесообразно в качестве высаливателя использовать :нные спирты, а оптимальное содержание спирта в маточном растворе находиться в диапазоне концентраций 5 - 30 % масс.

ВЫВОДЫ

Установлено,     что     преобладающее     влияние     на энергетическую їность процесса ВК нитрата калия из водноэтанольных растворов нот  концентрация  спирта  в  маточном растворе  и высаливателе. сальное значение энергетической эффективности ВК нитрата калия по мнению   с   испарительной   кристаллизацией   34,2%   достигается при -       дууре    питательного    раствора    40°С,    концентрации    спирта в = ^. 1_--:здтеле 85% масс, и концентрации спирта в маточном растворе 54» каос-

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

А П Врагов - Гідромеханічні процеси та обладнання хімічних і нафтопереробних виробництв

А П Врагов - Сравнительный анализ энергетических затрат в процессах высаливающей и испарительной кристаллизации

А П Врагов - Массообмінні процеси та обладнання хімічних і газонафтопереробних виробництв